試驗?zāi)B(tài)技術(shù)在車輛中的應(yīng)用

摘 要：試驗?zāi)B(tài)技術(shù)是借助計算機(jī)分析系統(tǒng)通過振動模態(tài)試驗來得到車輛結(jié)構(gòu)的動態(tài)特征，為其結(jié)構(gòu)設(shè)計和改型提供必要的基本參數(shù)，是當(dāng)前汽車制造業(yè)極為倚重的技術(shù)之一。希望通過文章的分析，能夠?qū)ο嚓P(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：試驗?zāi)B(tài)；汽車制造；振動；分析

引言

目前，我國的整車生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到120家左右，該數(shù)目幾乎是歐美日三個地區(qū)汽車生產(chǎn)廠家的總和，但是國內(nèi)的產(chǎn)量之和也不及國外的一個大公司產(chǎn)量，而且在質(zhì)量等方面也存在很大差距。汽車安全系數(shù)是民眾最為關(guān)心的問題，所以把好質(zhì)量關(guān)直接關(guān)系到汽車制造業(yè)的生死存亡。

1 試驗?zāi)B(tài)技術(shù)介紹

模態(tài)指的是物體結(jié)構(gòu)所固有的動態(tài)特征，包括頻率、阻尼比、振型等參數(shù)。具體的模態(tài)參數(shù)可由計算或者試驗來取得。試驗?zāi)B(tài)分析的實質(zhì)是將被測試物的物理坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到模態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)中來，再通過測試其頻率、阻尼、模態(tài)振型等特征來描述其結(jié)構(gòu)。

對于機(jī)械制造行業(yè)而言，試驗?zāi)B(tài)技術(shù)主要有以下作用：（1）評價現(xiàn)有結(jié)構(gòu)動態(tài)特征，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計；（2）深入洞察振動發(fā)生的根本原因，快速識別結(jié)構(gòu)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)；（3）有助于快速檢查產(chǎn)品質(zhì)量，減少產(chǎn)品召回?fù)p失，提高其競爭力[1]。

2 試驗?zāi)B(tài)技術(shù)在車輛中的具體應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)組成

在車輛模態(tài)測試中，可采用的方法有單點(diǎn)激振和多點(diǎn)激振，其中多點(diǎn)激振的精度較高。但是由于多點(diǎn)激振布置點(diǎn)及后續(xù)調(diào)整較為麻煩，且單點(diǎn)激振的測試精度也足以滿足日常使用，所以通常采用的是單點(diǎn)激振法進(jìn)行。

單點(diǎn)激振模態(tài)測試系統(tǒng)的組成主要包括以下幾部分：（1）激振部分。其主要包括激振器、信號發(fā)生器及功率放大器；（2）信號采集部分。其主要包括加速度傳感器、阻抗頭、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等；（3）數(shù)據(jù)分析部分。

2.2 傳感器及測試點(diǎn)的布置

在模態(tài)試驗中，要求傳感器的動態(tài)范圍、工作頻段較寬，有一定對抗干擾能力，且靈敏度和線性都較好。得益于材料技術(shù)的發(fā)展，目前的傳感器體積和質(zhì)量都大大減小，且功能和精度得到顯著提高。在車輛測試中，一般選用壓電式加速傳感器和阻抗頭。在進(jìn)行傳感器安裝時，需要根據(jù)測量規(guī)定的方向測定其真實制動信號，據(jù)此選擇合適的固定方式和位置[2]。

對響應(yīng)測試點(diǎn)位置、數(shù)目、安設(shè)方向進(jìn)行確定時應(yīng)按照以下原則進(jìn)行：（1）可以有效顯示設(shè)置頻率范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)振型情況；（2）應(yīng)將所有的關(guān)鍵點(diǎn)包含在測試范圍內(nèi)；（3）測量方向與激振方向能夠保持一致。

2.3 在白車身測試中的應(yīng)用

某制造商的白車身模態(tài)分析系統(tǒng)如圖1所示。車身被四根橡皮懸吊在剛性支架上，車身保持水平，盡可能使車身處于自由狀態(tài)，以減少外界的干擾。在此利用電動激振器單點(diǎn)激振，激振信號為白噪音[3]。因為白噪音的激振頻帶較寬、信噪比及波峰因數(shù)較好，能夠呈現(xiàn)多階模態(tài)。此外，該方式的試驗速度較快，適合布置多個測點(diǎn)。在選擇激振點(diǎn)時，應(yīng)注意布置在非節(jié)點(diǎn)上，例如車身的承載梁上。這樣可防止激振幅度變化過大，又利于激振能量順利傳遍與整個車身。

激振器的基座要求安裝在剛性結(jié)構(gòu)上，其與阻抗之間通過一條長度為10cm、直徑為5mm的桿連接，它主要起著保證力的傳播方向以及過載保護(hù)作用。本項目在測量激振力及振動響應(yīng)時，設(shè)計選用BK型壓電式阻抗頭及加速度計。其中加速度計的固定方式為磁鐵吸力，為了使傳感器便于在測點(diǎn)之間移動。一般在車身框架、門窗、發(fā)動機(jī)位置處布置實振測點(diǎn)；而對于面積較大的部位，例如車頂、后蓋等采用網(wǎng)格化布點(diǎn)形式[4]。

2.4 在車內(nèi)噪音測試中的應(yīng)用

車內(nèi)噪音模態(tài)測試時要求車輛分別以不同速度行駛。本項目的測試點(diǎn)分別布置在前后排司機(jī)及成員的耳朵處，且要求傳感器距車廂距離超過0.20m，方向指向前方[5]。表1表示了白車身優(yōu)化前后車內(nèi)噪音的測試對比結(jié)果。從測試結(jié)果中可以看到在白車身優(yōu)化之后噪音水平有了較大的降低水平，最高達(dá)到2.3分貝，不僅使車內(nèi)環(huán)境變得舒適，而且也大大增加了車身的可靠性。

2.5 在輪胎測試中的應(yīng)用

輪胎對于減少車輛震動，保證運(yùn)行平穩(wěn)具有直接影響，也是關(guān)系到車輛安全的最直接部位。眾所周知，輪胎的動態(tài)特性和車胎內(nèi)部的氣壓直接相關(guān)，所以重點(diǎn)對不同胎壓時輪胎的動態(tài)特性進(jìn)行測量。該測試項目也是采用橡皮繩將輪胎懸吊，之后采用激振錘對固定點(diǎn)施加徑向脈沖激勵，壓電加速器采用膠水黏結(jié)在胎面，共布置了24組，每組5個測點(diǎn)[6]。

3 結(jié)束語

試驗?zāi)B(tài)技術(shù)具有檢測系統(tǒng)簡單、檢測速度快、結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代車輛制造中有著廣泛的應(yīng)用。文章介紹了該技術(shù)在白車身、車內(nèi)噪音、輪胎等部位的測試應(yīng)用情況，為以后該類型工作提供了一定的技術(shù)參考，具有一定的實用價值。

參考文獻(xiàn)

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[2]王永，張永利.試驗?zāi)B(tài)分析技術(shù)在車輛降噪中的應(yīng)用[J].汽車技術(shù)，2009（5）：24-26.

[3]葛劍敏，王衛(wèi)防.輪胎模態(tài)試驗及在輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].輪胎工業(yè)，2011（4）：36-39.

[4]尹念東.虛擬試驗技術(shù)及其在車輛工程中的應(yīng)用[J].上海汽車，2013（4）：56-59.

[5]孟霞，李 .復(fù)合材料板架結(jié)構(gòu)中純模態(tài)試驗技術(shù)的應(yīng)用[J].噪聲與振動控制，2013（4）：18-22.

[6]張立軍，徐卓平，靳曉熊.汽車整車及零部件試驗?zāi)B(tài)分析測試技術(shù)[J].試驗與研究，2010（4）：67-69.

作者簡介：陸江（1970，7-），男，江蘇海門人，畢業(yè)于北京理工大學(xué)，本科，高級工程師，研究方向：車輛測試。